Цифровой измеритель частотно-временных параметров электрических сигналов

 

О П И С А Н И Е < >892410

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявле о 11.04.80 (21) 2e06674/18 21 (5! )Я. Кд

G 04 10/04 с присоелинением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 23 12 81. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 25. 12,8 1 (>) Л К 681.325.

° 3(088.8) (72) Авторы изобретения

Б. М. Березюк и Н. В. Кирианакн

Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫХ

ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в автомаги ческих системах управлния как для измерения длительности временных интервалов с учетом их весовых коэффициен5 точ, гак и для измерения частоты, периода и отношения частот двух электрических сигналов.

Известны способ изрения частоты и

10 периода электрических сигналов, основанный на одновременном счете импульсов образцовой и неизвестной частот, и устройство, содержащее генератор образцовой частоты, счетчики импульсов с клю15 чами на входах, схемы совпадения, собирания и блок управления (1)

Однако это устройство обладает узкими функциональными возможностями и не позволяет производить измерения с вы»

20 сокой точностью.

Наиболее близким к предлагаемому цо технической сущности является устройство измерения частоты и периода гармонического сигнала, содержащее два счетчика импульсов с дешифраторами кодов, генератор образцовой частоты, вход которого через первый элемент И соеди1тен со счетным входом первого счетчика, входной формирователь, выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом третьего элемента И, первый триггер, установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, прямой выход соединен с управляющими входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - .с управляющим входом процессора, второй и третий тр птeрыД четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И и элемент ИЛИ, причем выход дешифратора первого счетчика соединен с входом пятого элемента И, первый вход которого соединен с входом первого элемента И, а выход — с установочным входом второго триггера, выходы дешифратора второго счетчика соединены с входами шестого элемента И, управляющий выход

89241

СР k

40 процессора соединен со вторым входом третьего элемента И, установочный вход второго. триггера соединен с выходом шестого элемента И» первый вход седьмого элемента И соединен с выходом третьего

pHrrepa, вхопы элемента ИЛИ соединены с выходами четвертого и седьмого элементов И, а выход — со сбросовым входом первого триггера, информационные входы процессора соединены с выходами первого и второго счетчиков, выход первого элемента И соединен со вторым входом седьмого элемента И, выход второго элемента

И - со вторыми входами четвертого и шестого элементов И, а выход второ-, т о триггера подключен к первому входу четвертого элемента И L21

B этом устройстве в режиме измерения периода производят развертывающее измерение М периодов входного сигнала и в качестве результата измерения Т, используют среднее арифметическоеэто. случай усреднения с равными весами где Т вЂ” суммарная длительность временных интервалов (периодов) .

Однако устройство не позволяет полностью использовать информацию о те30 кущей фазе сигнала, т.е. учитывать отдельные временные интервалы со своими весовыми коэффициентами, что не позволяет производить измерения с высокой точностью и помехоустойчивостью. Устройство обладает также узкими функциональными воэможностями. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частотновременных параметров электрических сигналов, содержащий два счетчика, шесть элеменТов И, микропроцессор, шина данных которого соединена с информациоы- 45 ными входами первого и второго счетчиков, счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, элемент ИЛИ, три трщтвра, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого тригге-, ра, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента И, а инверсный к первому входу микропроцессора, первая И вторая входные шины подключены к первым входам соответственно первого и третьего элементов И, введены два счетчика, информационные входы кото0 4 рых соединены с шиной. данных микропроцессора, шина управления которого подключена к управляющим входам всех счетчиков, первая входная шина подключена к вторым входам первого и второго элементов И, прямому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со счетным вхоцом третьего счетчика; вторая входная шина подключена к первым входам пятого и шестого элементов И, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход которого подключен ко вторым входам микропроцессора и четвертого элемента И, третий вход которого соединен с третьим входом первого элемента И, прямым выходом первого триггера и вторым вхоцом шестого элеме,та И, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика и третьему вхопу микропроцессора, первый выхоц которого подключен к первому вхопу третьего триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со вторыми входами пятого и третьего элементов И, выход пятого эле мента И подкщочен ко второму вхопу первого триггера, вь хоцы второго и четвер, того счетчиков и второй выход микропроцессора, через элемент ИЛИ подключены ко второму входу третьего триггера.

На чертеже представлена блок-схема измерителя частотно»временных параметровв.

Измеритель содержит микропроцессор 1, счетчики 2-5 импульсов, элемент ИЛИ

6, элементы И 7-12 и триггеры 13-15, Выходы микропроцессора 1 соецинены с входом элемента ИЛИ 6 и сбросовым входом триггера 13, три его вхопа соепинены соответственно с инверсным выходом триггера 14, инверсным выходом триггера 15 и с выходом шестого элемента И 7. Счетчики 2-5 подключены к шине данных и шине управления микропроцессора 1, входы этих счетчиков соединены соответственно с выходами элементов И 7-10, выхоц счетчика 2 соединен с вторым, а выход счетчика 3 соепинен с третьим вхоцами элемента ИЛИ 6, выхоц которого поцключен к ус тановочновочному входу триггера 13, Эхоцы элементов И 7-10 подключены к .прямому выходу триггера 14, входы элементов И

8-10, кроме того, соединены между собой, свободные входы элементов И 9 и

10 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 15, Оцним иэ входов элемента И 8 соединен с

410 4 рой вход измерителя, устанавливает в единичное состояние триггеры 14 и 15. Счет чик 2 начинает считать число и измеря1 емых временных интервалов, счетчик 3 число Ng импульсов образцовой частоты на протяжении всего времени измерения, счетчик 4 — число импульсов образцовой частоты на протяжении каждого нечетного, а счетчик 5 - число импульсов образцовой частоты на протяжении каждого четного интерв алов.

Импульсы, поступающие с выхода элемента И 7 на вход микропроцессора 1, сигнализируют последнему об окончании очерецного временного интервала. С поступлением на его третий вхоц каждого такого импульса микропроцессор 1 в зависимости от потенциала, поступающего на его второй вход с инверсного выхода триггера 15, считывает результат квантования предыдущего интервала выходов счетчика 4 или 5. При переполнении одного из счетчиков 2 или 3, или по «оманде микропроцессора 1 соответствующий сигнал через элемент 6 устанавливает триггер 13 в единичное состояние, что приводит к закрытию элемента И 12 и открытию элемента И 11. Следующий импульс, поступивший на вторую входную шину измерителя, через элемент И 11 устанавливает в нулевое состояние триггер 14, нулевой. потенциал с прямого выхода которого закрывает элементы И

7-10, а единичный потенциал с инверсного выхода сигнализирует микропронессою ° ру 1 об окончании измерения. Микропроцессор 1 считывает данные с выходов счетчика и приступает к. математической обработке хранимой в его памяти информации.

После окончания измерения в памяти микропроцессора 1 будут находиться результаты квантования К; каждого измеренного интервала ;, число измеряемых временных интервалов М„ и результат квантования М, суммарной длительности времен ных интервано в.

Конечный результат измерения в зависимости от полученного задания микропроцессор определяет из соотношения

Ng

QqN, С9

О 1=1 ( о где о,„- некоторые весовые коэффициенты, удовлетворяющие соответствующим условиям

При измерении временных интервалов с учетом их весовых характеристик к пер50 вой входной шине измерителя подключают источник импульсов образцовой частоты, ко второй входной шине — источник измеряемых временных интервалов. С началом измерения микропроцессор 1 устанавливает в нулевое состояние триггер 13, еди S5 яичный потенциал с инверсного выхода ко торого открывает элемент И 12. Первый импульс, поступивший после этого иа вто5 892 входами элементов И 11-12, другие входы которых соещшены соответственно с прям ым и инверсн ым в ыхо дами триггера

13, а выходы со сбросовым и установочным входами триггера 14. Счетный 5

ВхоА триггера 15 соединен с выходом элемента И 12.

Измеритель работает следующим образом.

В памяти микропроцессора 1 заложе- 10 но математическое обеспечение, программы которого управляют работой измерителя и производят математическую обработку полученной информации. В режиме измерения временных интервалов с уче- 15 том их весовых коэффициентов, который является основным для данного измерителя, счетчик 2 поцсчитывает число измеряемых интервалов времени, счетчик

3 - число импульсов образцовой часто 30 ты fo на протяжении всего времени измерения,. счетчик 4 - число импульсов образцовой частоты на протяжении Каждого нечетного, а счетчик 5 - число импульсов Вона протяжении кажцогo четного периода, Метка начала измерения формируется по команде микропроцессора 1 с приходом первого импульса временных интервалов. Метка конца измерения форми руется по команде микропроцессора 1 или 30 по сигналам переполнения одного из счет чиков 2-3 с приходом очередного импуль .ч измеряемых интервалов.

Перед началом измерения все элементы измерителя устанавливают в исходное 35 состояние. При этом триггеры 14 и 15 устанавливают в нулевое, а триггер 13в единичное состояния.

При измерении заданного числа Й 1д временных интервалов микропроцессор 1 40 заносит в счетчик 2 обратный кодй

1 а а при измерении временных интервалов частоты, периода.или отношения частот в режиме заданной точности и микропроцессора 1 заносит B счетчик 3 обратный 45 код а*. ПРи этом М RaA=Q(sa4)rAe с ад» заданная погрешность измерения.

892410

to го

25 зо

55

"с - полученное среднее значение из. меренных временных интервалов в результате весовой обработки;

- поЛученное среднее значение из1 сР меренных временных интервалов при равных весах интервалов.

При измерении частоты периода или отношения двух частот ко входу 1 подклк чают источник большей частоты, а ко входу 2 источник меньшей частоты. Резуль тат иЬмерения определяют по показаниям счетчиков 2 и 3 м " E 9. у =9 —;, т„= N —, 1" = „ у- оц Д где 3< - первая (меньшая) частота; - вторая (большая) частота.

По сравнению с известными, предлагаемый измеритель обладает существенными преимушествами, Введение новых элементов и образование новых связей позволяет расширить функциональные возможности измерителя и производить из, мерение частоты, периода отношения частот и заданного числа временных интервалов с учетом их весовых коэффициентов. Весовая обработка существенно повышает точность измерения (при М) 1 обеспечивает относительную погрешность на уровне 10 ) и уменьшению шумовой с оставляющей погрешности. Прекращение счета импульсов по сигналам переполнения счетчиков позволяет повысить быстродействие, а воэможность прекращения счета по сигналам переполнения двух счетчиков или по команде микропроцессора 1 расширяет возможности устройства и повышает надежность получения результатов. Измерение отдельных интервалов в процессе измерения позволяет делать качественную оценку исследуемого технологического или какого-то другого, процесса. Воэможность математическ ой обработки микропроцессором полученной информации в процессе счета импульсов или после него повышает качественные характеристики измерения, позволяет представлять результат в единицах первичной величины в удобном для оператора, вице, формировать управляющие сигналы для корректировки состояния обьекта ис следования. формула изобретения цифровой измеритель частотно-временных параметров электрических сигналов, содержащий два счетчика, шесть элементов И> микропроцессор, шина данных ко-. торого соединена с информационными входами первого и второго счетчиков, / счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, элемент ИЛИ, трн триггера, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого триггера, прямой выход которого подключен к первому входу второго элемента И, а инверсныйк первому входу микропроцессора, первая и вторая входные шины подключены к пер)вым входам соответственно первого и третьего элементов И, о т л и ч а ив щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него введены два счетчика, информационные входы ко1 торых соединены с шиной данных микропроцессора, шина управления которого попхлючена к управляющим входам всех счетчиков, первая входная шина попключена к вторым вхопам первого И и второго элементов И, прямому выхопу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, вторая входная шина подключена к первым входам пятого и шестого элементов И, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход которого подключен ко вторым входам микропроцессора и четвертого элементаа И, третий вх од к отор ого с ое динен с третьим входом первого элемента И, прямым выходом первого триггера и вторым входом. шестого элемента И, выход которого попключен к счетному входу четвертого счетчика и третьему вхопу микропроцессора, первый выход которого подключен к первому входу третьего триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со вторыми входами пятого и третьего элементов И, выход пятого элемента И подключен ко второму входу первого триггера, выходы второго и четвертого счетчиков и второй выхоп микропрс процессора через элемент ИЛИ подключены ко второму входу третьего триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кирианаки Н, В., Дудыкевич B. Б. методы и устройства цифрового измерения низКих и инфранизких частот. Львов

"Выща школа, 1975, с. 32-37.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке hh 2716031 22.09. 79.

892410

Составитель П. Плетнева

Редактор И. Юрковецхнй Техред С. Мигунова Корректор Л. Бокшан

Заказ:11288/70 Тираж 460 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, S, Раушская наб., а 4/S

Филиал ППЦ "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4